衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用價(jià)值研究

李 波

（茂名市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，廣東 茂名 525000）

近年來，我國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，環(huán)境問題卻越來越嚴(yán)重，環(huán)境災(zāi)害和環(huán)境事故時(shí)有發(fā)生。信息時(shí)代，各種先進(jìn)科技不斷涌現(xiàn)，這給環(huán)境問題的解決提供了良好的途徑，同時(shí)也能推動經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測、水環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和土壤環(huán)境監(jiān)測等方面，為生態(tài)保護(hù)做出了巨大貢獻(xiàn)。

作為環(huán)境監(jiān)測的有力工具，衛(wèi)星遙感技術(shù)需要在環(huán)保工作中實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化應(yīng)用[1]。目前，我國環(huán)境一號等衛(wèi)星被應(yīng)用于大氣環(huán)境、水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境等遙感監(jiān)測中。世界各國開始先后建立衛(wèi)星遙控平臺，對環(huán)境進(jìn)行遙感監(jiān)測，取得了良好的效果。衛(wèi)星遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用在污染治理、生態(tài)保護(hù)、環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測等工作中，為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測和評價(jià)提供了重要的數(shù)據(jù)來源[2]。隨著衛(wèi)星監(jiān)測能力的提升和自主遙感技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術(shù)在新時(shí)代的環(huán)境保護(hù)工作中越來越重要。

1 衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)應(yīng)用中的領(lǐng)域

1.1 衛(wèi)星遙感技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測保護(hù)中的應(yīng)用

對于水環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測，衛(wèi)星遙感技術(shù)可以監(jiān)測到水體熱污染、廢水污染、水體富氧化和泥沙污染等[3]。水體熱污染主要是由工業(yè)排放的廢棄熱水引起的，會對水中生物和水體造成極大威脅。人們需要加強(qiáng)對水體熱污染的監(jiān)測，通過紅外遙感技術(shù)探測水體熱污染的排風(fēng)情況及溫度分布，其可以在探測圖像上明顯地表現(xiàn)出來。廢水主要包括工業(yè)廢水和生活廢水，會對水源造成污染，甚至形成沉積物，讓水體發(fā)臭。對于廢水污染的監(jiān)測，人們可以在溫度差的基礎(chǔ)上使用紅外遙感探測技術(shù)，也可用多光譜合成圖像進(jìn)行污染監(jiān)測。

水體富氧化讓水體中葉綠素濃度提升，嚴(yán)重影響了水環(huán)境質(zhì)量。對于水體富氧化監(jiān)測，人們可以采用葉綠素濃度遙感解釋法，濃度較高的地帶，水體富氧化嚴(yán)重。泥沙污染能夠提高水的反射率，出現(xiàn)紅移情況，還可吸收紅外輻射，因此監(jiān)測時(shí)要根據(jù)懸浮泥沙濃度確定好定量波段，以尋找最佳監(jiān)測方式。衛(wèi)星遙感技術(shù)還應(yīng)用在海洋環(huán)境監(jiān)測中，能夠監(jiān)測海表面、洋流循環(huán)和海冰運(yùn)動等影響海洋生物的因素，為海洋污染等的監(jiān)測做出了貢獻(xiàn)。

1.2 衛(wèi)星遙感技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

衛(wèi)星遙感技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測中也有重要作用，主要應(yīng)用在顆粒物、灰霾、二氧化碳、二氧化硫、臭氧、氣溶膠厚度、沙塵以及秸稈焚燒等的遙感監(jiān)測。衛(wèi)星遙感技術(shù)對大氣氣溶膠進(jìn)行監(jiān)測，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)地面觀測難以全面反映氣溶膠空間變化趨勢和分布情況的缺陷，可以在更廣闊的空間上對氣溶膠進(jìn)行監(jiān)測。對大氣中的有害氣體進(jìn)行監(jiān)測，能夠防止有害氣體濃度過高，對人體造成損害。有關(guān)研究人員將污染氣體信息同水體、植被等信息制成疊加的線性組合，從中直接提取出有害氣體的累加濃度信息。這對大氣環(huán)境中有害氣體的監(jiān)測有重要的意義。對于城市熱島效應(yīng)，也可用衛(wèi)星遙感探測技術(shù)，通過熱紅外遙感對地物輻射溫度進(jìn)行測定，分析出引發(fā)城市熱島效應(yīng)的主要熱源，盡量減少城市熱島現(xiàn)象。

1.3 衛(wèi)星遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用

衛(wèi)星遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境中可應(yīng)用于土地覆蓋、植物覆蓋以及地表溫度等的監(jiān)測，同時(shí)也能監(jiān)測生物多樣性、礦山開采、農(nóng)村和城市生態(tài)環(huán)境等。在對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，該技術(shù)能夠?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的變動進(jìn)行監(jiān)測，對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行定期評價(jià)。生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，不僅要用到紅外、高空間、高光譜以及大幅寬等遙感技術(shù)，也要同地面試驗(yàn)、模型等技術(shù)手段相結(jié)合，通過進(jìn)行生物多樣性監(jiān)測、生態(tài)紅線監(jiān)管和生態(tài)承載力遙感等方法來評定生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

用衛(wèi)星對土地覆蓋進(jìn)行遙控監(jiān)測，可以在不同時(shí)段對同一地區(qū)的土地覆蓋變化進(jìn)行分類，獲取土地利用信息，形成動態(tài)監(jiān)測的信息數(shù)據(jù)。通過監(jiān)測，人們能夠了解土地覆蓋變化情況，以滿足城市土地利用動態(tài)研究的需求。地面污染一直是困擾生態(tài)環(huán)境的重大課題，通過衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行地面污染監(jiān)測，人們可以詳細(xì)劃分污染的分布區(qū)域，做出有效的預(yù)防措施。同時(shí)，可以根據(jù)地表溫度差異對隱火區(qū)進(jìn)行排查，為人們的生產(chǎn)和生活提供可靠保障。

1.4 衛(wèi)星遙感技術(shù)在土壤環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

土壤污染是環(huán)境治理的重點(diǎn)，但我國土壤污染研究起步較晚，多為實(shí)驗(yàn)室分析或機(jī)載觀測。一些研究人員通過傳感器的光譜響應(yīng)函數(shù)將土壤光譜曲線轉(zhuǎn)換成工作波段，用以評估土壤中重金屬的含量。研究表明，多光譜數(shù)據(jù)能夠估算土壤中重金屬元素含量，這為土壤污染的遙感監(jiān)測提供了一定依據(jù)。但土壤中的重金屬含量不高，反映在衛(wèi)星遙感上的信號較弱，這給監(jiān)測效果帶來了一定的影響。

目前，土壤環(huán)境遙感監(jiān)測大多應(yīng)用在土壤水分、干旱和地表溫度監(jiān)測等方面。有關(guān)研究利用近紅外、熱紅外等技術(shù)，對土壤水分進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明，遙感技術(shù)測得的數(shù)據(jù)同實(shí)際情況較為相符。未來，人們能夠利用紅外、高光譜、高空間、大幅寬等衛(wèi)星遙感技術(shù)對土壤污染進(jìn)行監(jiān)測，建立全國性的土壤污染監(jiān)測平臺，加強(qiáng)對城鄉(xiāng)土壤環(huán)境的監(jiān)測力度，做好土壤污染防治工作。

2 衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)應(yīng)用中的問題

2.1 衛(wèi)星遙感技術(shù)還處于初級階段，研究薄弱

遙感技術(shù)雖然快速發(fā)展，但同環(huán)境監(jiān)測的任務(wù)要求相比，目前依然存在一定差距，亟待改進(jìn)和創(chuàng)新。現(xiàn)階段，環(huán)境方面的衛(wèi)星遙感技術(shù)并不系統(tǒng)，多用于局部研究，難以滿足覆蓋大范圍、研究多目標(biāo)、定量化的需求。在實(shí)際使用中，衛(wèi)星遙感技術(shù)依然存在很多關(guān)鍵技術(shù)難題沒有解決。例如，環(huán)境一號衛(wèi)星發(fā)射后，衛(wèi)星高光譜和雷達(dá)圖像處理與信息提取、環(huán)境空氣指標(biāo)定量遙感反演、水環(huán)境指標(biāo)定量遙感反演、生態(tài)環(huán)境指標(biāo)定量遙感反演等都處于初步研究階段，同歐美的衛(wèi)星遙感技術(shù)差距較大[4]。為了提升衛(wèi)星遙感技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測的一體化目標(biāo)，我國要加大相關(guān)研究力度。

2.2 遙感監(jiān)測衛(wèi)星載荷匱乏

我國專門用于環(huán)境保護(hù)監(jiān)測的遙感衛(wèi)星資源不足，一些衛(wèi)星的有效載荷雖然能夠進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，但功能不夠豐富。例如，海洋衛(wèi)星主要對海洋水色進(jìn)行遙感監(jiān)測，氣象衛(wèi)星主要針對天氣變化進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)報(bào)，資源衛(wèi)星主要對礦產(chǎn)和土地等資源進(jìn)行監(jiān)測。環(huán)境一號衛(wèi)星上裝有紅外相機(jī)、超光譜成像儀等多種設(shè)施，但有效載荷空間分辨率和時(shí)間分辨率都很有限，這對環(huán)境的監(jiān)測指標(biāo)有很大影響，嚴(yán)重制約了遙感衛(wèi)星對環(huán)境管理的效能[5]。環(huán)境一號的重訪周期為2～4 d，不能滿足環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測的需求.同時(shí),衛(wèi)星攜帶的相機(jī)對空間的分辨率為30 m，超光譜成像儀的空間分辨率為100 m，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對河流污染、化學(xué)泄漏污染等監(jiān)測所需的優(yōu)于10 m的空間分辨率，這導(dǎo)致對污染團(tuán)信息監(jiān)測時(shí)，難以提取有效信息。因此，遙感監(jiān)測衛(wèi)星的載荷亟待改良和升級。

2.3 遙感應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)滯后

雖然遙感衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)不斷發(fā)展和創(chuàng)新，但地面的應(yīng)用系統(tǒng)尚不健全，影響了遙感監(jiān)測技術(shù)的發(fā)揮，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。為了解決遙感應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)滯后的問題，國家對衛(wèi)星地面系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星從實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到業(yè)務(wù)服務(wù)的轉(zhuǎn)變。通過對環(huán)境遙感應(yīng)用的研究，環(huán)保部門制定了遙感監(jiān)測和評估的業(yè)務(wù)流程，但依然沒有達(dá)到監(jiān)測業(yè)務(wù)化的水平。其突出表現(xiàn)為：缺乏統(tǒng)一業(yè)務(wù)調(diào)度，難以形成數(shù)據(jù)接收、處理和服務(wù)的一體化；缺乏幾何校正、自動化配準(zhǔn)等自動化處理功能，難以對多源、多載荷的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理；缺乏對環(huán)境特征信息提取模型、算法建立的軟件，難以滿足環(huán)境遙感產(chǎn)品快速生產(chǎn)的要求。

3 衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的發(fā)展對策

3.1 加強(qiáng)對環(huán)境遙感技術(shù)的開發(fā)

人們要不斷加大遙感技術(shù)的開發(fā)和創(chuàng)新力度，對衛(wèi)星業(yè)務(wù)化技術(shù)進(jìn)行研究，根據(jù)環(huán)境管理需求，開展污染物遙感信息提取技術(shù)的開發(fā)，對水環(huán)境、大氣環(huán)境等遙感監(jiān)測實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化處理。建立衛(wèi)星遙感應(yīng)用技術(shù)的規(guī)范體系。同時(shí)，要研究衛(wèi)星遙感技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系，形成系統(tǒng)的環(huán)境遙感物理學(xué)基礎(chǔ)，增強(qiáng)遙感技術(shù)的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性[6]。

3.2 提升遙感監(jiān)測衛(wèi)星的載荷

目前，遙感監(jiān)測衛(wèi)星的載荷不足，隨著科技的快速發(fā)展，人們可以研究新的專用于環(huán)境遙感的衛(wèi)星載荷。為滿足環(huán)境保護(hù)需求，解決重大環(huán)境問題，人們研發(fā)出多模型的多光譜成像儀、大氣吸收光譜儀、紅外高光譜大氣環(huán)境探測儀等，創(chuàng)新遙感專用載荷形式，形成天地一體化環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，對水污染、大氣污染等環(huán)境污染問題進(jìn)行全天候、定量化的監(jiān)測。

3.3 建立一體化的業(yè)務(wù)化監(jiān)測系統(tǒng)

現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)相對滯后，人們要不斷創(chuàng)新，讓環(huán)境遙感技術(shù)同環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)相融合，充分發(fā)揮遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測、評價(jià)等工作中的作用。具體措施為：建立區(qū)域性生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行定期監(jiān)測和評價(jià)；對重點(diǎn)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測；建立以地面水環(huán)境為主體的天地一體化水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對國內(nèi)各重點(diǎn)水域進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測；在現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，建立區(qū)域性環(huán)境空氣監(jiān)測系統(tǒng)，對各區(qū)域中的空氣污染物進(jìn)行檢測和評價(jià)；建立地面監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，讓遙感技術(shù)同城市環(huán)境監(jiān)測緊密相連。

4 結(jié)語

目前，衛(wèi)星遙感技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在在環(huán)境保護(hù)中，作用明顯，但我國整體環(huán)境污染形式依然十分嚴(yán)峻，衛(wèi)星遙感技術(shù)必須持續(xù)革新，從而提升實(shí)際應(yīng)用效果。隨著科技的不斷發(fā)展，未來，環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)會不斷創(chuàng)新和完善，從而實(shí)現(xiàn)高分辨率、立體、全方位、全天候的環(huán)境監(jiān)測，并實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)的一體化、業(yè)務(wù)化和綜合化，為環(huán)境的監(jiān)測和管理提供先進(jìn)的技術(shù)服務(wù)。